Sistemas Digitais

Engenharia Informática
6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 42,0 TP + 5,0 OT

Docente(s)
- Raul Manuel Domingos Monteiro
- Francisco José Alexandre Nunes
- Ana Carla Vicente Vieira
- Manuel Fernando Martins De Barros

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Desenvolver competências nas áreas da lógica digital: Sistemas de numeração; Portas lógicas e Álgebra de Boole. Capacidade para projetar e analisar circuitos combinacionais e sequênciais LSI, MSI e LSI. Explorar as técnicas de projeto de dispositivos lógico-programáveis e de microprocessadores.

Programa
1) Introdução.
- Organização da disciplina;
- Conceitos introdutórios;
- Quantidades digitais e analógicas ? bits, níveis lógicos e sinais digitais;
- Operações e funções lógicas básicas;
- Circuitos digitais integrados.

2) Funções Lógicas
- Funções e expressões algébricas Booleanas;
- Leis, teoremas e postulados da Álgebra de Boole;
- Formas normalizadas das expressões booleanas e tabelas de verdade;
- Representação e minimização de funções booleanas;
- Mapas de Karnaugh, adjacência lógica e agrupamentos.

3) Simplificações de expressões lógicas
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Postulados da Álgebra de Boole;
- Simplificação de expressões lógicas utilizando os Mapas de Karnaugh.

4) Representação digital de informação
- Bases de numeração e conversão entre bases;
- Sistemas de numeração;
- Operações aritméticas nas diferentes bases;
- Códigos para representação de números com sinal (complemento para 1 e para 2);
- Códigos binários para representação de números decimais;
- BCD, Excesso-3, Código Grey e Código ASCII.

5) Circuitos digitais e famílias lógicas
- Famílias lógicas TTL; Família CMOS;
- Atraso de propagação das portas lógicas e factor de mérito;
- Detecção de falhas na realização de circuitos digitais
- Saídas em ?Totem-Pole? e saídas em três estados.

6) Circuitos Combinacionais de média complexidade
- Concretização de lógica combinatória em circuitos lógicos;
- Multiplexers e demultiplexers;
- Comparadores lógicos;
- Circuitos aritméticos (somadores, subtractores e multiplicadores);
- Codificadores e descodificadores;

7) Circuitos sequenciais básicos
- Comportamento sequencial de circuitos;
- Circuitos sequenciais Síncronos e Assíncronos;
- Elementos básicos: Latch NOR, NAND e Latch D;
- Flip-flops: JK, D e T;
- Máquinas de Moore e de Mealey;
- Sinal de relógio

8) Análise e projeto de circuitos sequenciais
- Análise e síntese de circuitos sequenciais;
- Circuitos auto-correctores;
- Projeto de circuitos sequenciais de baixa complexidade;
- Realização de circuitos sequenciais;

9) Contadores, Registos e Memórias
- Características adicionais e utilização dos registos de deslocamento;
- Contadores síncronos/assíncronos Incrementador e Decrementador;
- Contadores por pulsação (?Ripple Counters?);
- Circuitos integrados contadores;
- Estrutura das memórias de semicondutores;
- Memórias só de leitura, ROMs; Memórias de acesso aleatório RAMs;
- Implementação com ROMs.

10) Dispositivos de Lógica Programável
- Introdução ao estudo de lógica programável;
- Dispositivos programáveis EPROM, FPLAs, PLAs, PALs;
- Implementação de circuitos combinatórios/sequenciais programáveis;
- Programação de PALs. Exemplos de aplicações;

11) Introdução aos microcontroladores

PARTE PRÁTICA LABORATORIAL:
Pretende-se que os alunos apliquem os conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas na realização dos seguintes trabalhos de laboratório:

P1) Implementação de uma função lógica em laboratório.
P2) Implementação de uma montagem com um conversor BCD de sete segmentos e um contador de 4 bits.
P3) Implementação de um conversor BCD de sete segmentos com multiplexers.
P4) Implementação de um conversor analógico digital (ADC).
P5) Implementação de um contador com flip-flops J-K e do tipo D.
P6) Implementação de um controlador lógico para um motor de passo utilizando flip-flops JK.
P7) Programação de dispositivos lógico-programáveis.

Metodologia de avaliação
Exame escrito (50%), trabalhos de casa e laboratórios e projecto final (50%).

Bibliografia
- Arroz, G. e Monteiro, J. e Oliveira, A. (2009). Arquitectura de Computadores: dos Sistemas Digitais aos Microprocessadores. (Vol. 1). http://www.wook.pt/ficha/arquitectura-de-computadores/a/id/190902: IST - Instituto Superior Técnico
- Tocci, R. e Moss, G. (2009). Digital Systems - Priciples and Applications. (Vol. 1). (pp. 992). http://www.pearsonhighered.com/educator/product/Digital-Systems-Principles-and-Applications-11E/9780135103821.page: Perason - Prentice Hall
- Dias, M. (2013). Sistemas Digitais - Princípio e prática. (Vol. 1). https://www.fca.pt/cgi-bin/fca_main.cgi/?op=2&isbn=978-972-722-700-6: FCA
- Barros, M. (0). Sebenta e Slides de Sistemas Digitais (PT).Acedido em24 de setembro de 2015 em http://www.e-learning.ipt.pt/course/view.php?id=310

Método de interação
Aulas teóricas expositivas, Aulas de resolução de problemas; Aulas práticas laboratoriais.

Software utilizado nas aulas
Free Tools:
Logisim (http://www.cburch.com/logisim)
Eagle (http://www.cadsoftusa.com)
LTSpice (http://www.linear.com/designtools/software/)

Comerciais:
MultiSim (http://www.ni.com/multisim/pt/)
Proteus (http://www.labcenter.com/)